Lola Dewaere es hija del actor Patrick Dewaere y de Élisabeth (conocida como Elsa) Malvina Chalier. Es medio hermana de Angèle Herry-Leclerc (nacida en 1974), hija de Patrick Dewaere y la actriz Miou-Miou, quien fue adoptada por Julien Clerc en 1992.

Tras el suicidio de su padre el 16 de julio de 1982 en París, su madre tuvo que enfrentarse a la administración tributaria debido a las deudas que él dejó, y confió a Lola a sus propios padres, que vivían en Saint-Lambert-du-Lattay (Maine-et-Loire). Coluche se ofreció a ser el padrino de Lola en su bautizo, pero sus abuelos se negaron.

Aunque era brillante, a menudo era indisciplinada y tenía dificultades en la escuela. Desarrolló ciertas inseguridades, en particular debido a su altura, las altas expectativas que sus abuelos depositaban en ella y las frecuentes referencias a su padre. Volvió a vivir con su madre en París durante la adolescencia temprana y continuó su escolarización en la escuela católica privada Saint-Michel-de-Picpus a partir de primero de secundaria. Rebelde y negándose a aceptar la autoridad, fue expulsada. Durante este período, cualquier cosa relacionada con su padre era un tema tabú. Sin embargo, su madre a veces mencionaba su suicidio en lo que Lola describe como términos "muy directos", diciendo que se había disparado en la boca.

Alrededor de los 16 años, descubrió varias películas de su padre, entre ellas *Coup de tête*, *La Meilleure Façon de marcher*, *Adieu poulet* y *Psy*, que le gustaron. En 1997, al alcanzar la mayoría de edad, se matriculó en la escuela de teatro Cours Florent para formarse como actriz.